pilotes -13032013
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Pilotes de acero utilizados para cimentaciones hincadas por percusión
Concepto
Uno de los aspecto fundamentales a la hora de proyectar pilotes de acero utilizados para la cimentación por hinca, es detectar si el suelo y el agua freática de la zona donde se van a hincar contiene elementos agresivos para el acero; en el caso de que existan dichos agentes agresivos será necesario establecer un programa de medidas protectoras, que pueden ser las siguientes:
Dimensionamiento de los pilotes con sobresección, considerando una reducción de la sección en función del carácter agresivo del medio.
Protección catódica. Protección mediante galvanización o pintura en suelos poco agresivos.
En el caso de que los pilotes estén constituidos por varios tramos, los correspondientes empalmes se harán de manera que su resistencia no sea inferior a la de la sección normal del pilote, y quede garantizada la perfecta alineación de los tramos.
Los pilotes de acero estarán imprimados por una o varias capas de pintura de minio, y protegidos por pinturas de tipo marítimo o bituminoso. No se admitirá el alquitrán, a menos que esté neutralizado con cal apagada, o con cualquier otra sustancia que haga que su reacción sea neutra.
Cimentación por pilotes hincados a percusión
Concepto
Se definen como cimentaciones por pilotes hincados a percusión, las realizadas mediante hinca en el terreno por percusión de su cabeza, sin rotación, de pilotes de hormigón armado, pretensado, acero o madera. La profundidad de hincado del pilote deberá ser igual o superior a ocho veces la dimensión mínima del mismo.
Para el caso de los pilotes hincados por percusión se suelen utilizar tres tipos de materiales principalmente, los pilotes de hormigón armado o pretensado, los de acero y los de madera.
- Pilotes de hormigón armado o pretensado: en la fabricación de los mismos se tendrá en cuenta que deben ser capaces de soportar las operaciones de transporte, manejo, e hinca de forma que no se produzcan fisuras mayores de quince centésimas de milímetro (0,15mm) - Pilotes de acero: en el caso de que la hinca se realice en suelos que contengan elementos agresivos para el acero, se deberá realizar un estudio de las medidas de protección de los pilotes.- Pilotes de madera: estos pilotes no se someterán a ningún tratamiento preservativo contra la pudrición de la madera, excepto en la zona de la punta del mismo.
Estudio de ejecución y programa de trabajo de la cimentación hincada por percusión
Concepto
Estudio de ejecución del pilotaje
Antes de iniciar la ejecución del pilotaje y con una antelación suficiente, el Contratista presentará al Director de Obra para su aprobación, un “Estudio de ejecución del pilotaje”, firmado por un técnico competente.
El “Estudio de ejecución del pilotaje” indicará en base a la información geológica y geotécnica del terreno, planos de obra a ejecutar, sobrecargas a cota de cimentación y posible presencia de edificios o servicios próximos que puedan verse afectados por la obra, al menos:
El método de hinca a emplear. El peso de la masa en función del peso de los pilotes. La altura de caída de la maza. El criterio para la definición de la profundidad a la que los pilotes deben llegar. Relación ordenada de actividades a desarrollar. Distribución por tajos de la obra de pilotaje. Métodos previstos de apoyo a la hinca (rehincha, lanza de agua, etc).
Programa de trabajos
El Programa de Trabajos acompañará al “Estudio de ejecución del pilotaje” y entre otros incluirá los siguientes conceptos:
Esquema del pilotaje, de acuerdo con lo establecido en el estudio de ejecución del pilotaje. Cronograma de trabajos que, con el detalle suficiente, establezca la duración e interrelación
de las distintas actividades y tajos previstos en el “Estudio de ejecución del pilotaje”. Equipos de hinca. Relación de los equipos a emplear, con indicación de sus características
principales y las máquinas de reserva de las que se dispondrá en obra. El número y capacidad de los equipos será el adecuado para garantizar, con holgura, el cumplimiento del cronograma de trabajos.
Equipos utilizados en la ejecución de cimentaciones de pilotes hincados
Concepto
Los equipos utilizados para la hinca de pilotes, por lo general, serán martinetes provistos de mazas que golpean las cabezas de los pilotes, y de dispositivos guía que aseguran que los pilotes no sufren desviaciones ni golpes descentrados que puedan provocar una hinca defectuosa o su rotura.
Las mazas empleadas pueden ser de caída libre, o bien de simple o doble efecto; el peso de las mismas estará proporcionado al peso del propio pilote, que en el caso de pilotes de madera o metálicos deberá ser aproximadamente igual al peso del pilote y no menor de la mitad de este. En el caso de pilotes de hormigón armado, deben emplearse mazas que pesen al menos la mitad del pilote; en pilotes de longitud superior a 30 m podrá admitirse que el peso de la maza sea igual al necesario para una longitud de pilote de 15 m.
En la hinca de pilotes de hormigón armado y pretensado la altura de caída de la maza no deberá exceder en condiciones normales de 1,25 m. Las mazas de doble efecto se emplearán siguiendo las instrucciones del Director de Obra.
Ejecución de cimentaciones mediante pilotes hincados
Concepto
Para llevar a cabo la ejecución de las obras de cimentación de los pilotes hincados se atenderá en todo caso a lo establecido en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud
y de almacenamiento y transporte de productos de construcción. Cabe destacar los siguientes aspectos:
Durante la hinca, la cabeza de los pilotes de madera no precisará de protección especial, siempre que lleve el aro de hierro ajustado en caliente.
Los pilotes de hormigón armado o pretensado precisarán, en cambio, de un sombrerete de acero, que tenga una almohadilla de material de cierta elasticidad, como madera dura, cartón embreado, cáñamo trenzado, o cualquier otro material análogo. El espesor de esta almohadilla no deberá ser excesivo para no rebajar demasiado el golpe de la maza.
Los pilotes metálicos, cuando se hinquen con mazas de doble efecto, no precisarán protección especial; cuando se hinquen con los otros dos tipos de maza necesitarán un sombrerete, que deberá ser lo suficientemente resistente para no deformarse bajo el impacto, sin precisar propiamente de almohadilla.
La lanza de agua, o inyección de agua a presión inferior a un megapascal, podrá emplearse durante la hinca en los casos en que sea difícil alcanzar la profundidad fijada en los planos por tener que atravesar suelos granulares densos. La lanza de agua se empleará tan sólo con autorización del Director de Obra y se aplicará con presiones y caudales no excesivos, para evitar daños en pavimentos o construcciones vecinas. El empleo de la misma se suspenderá 4 m por encima de la profundidad prevista para la terminación de la hinca ya que esta debe acabarse por el procedimiento ordinario. También se suspenderá si el pilote empieza a torcerse por producirse perturbación excesiva en el terreno.
Los pilotes prefabricados se hincarán hasta obtener el rechazo fijado en el Proyecto o bien hasta la profundidad especificada en los mismos, en el caso de que se hubiese llegado al rechazo especificado no se proseguirá con la hinca aunque no se haya llegado a la profundidad indicada, para evitar que la solicitación producida por el impacto de la maza pueda dañar el pilote.
Durante la puesta en obra de los pilotes el Contratista confeccionará un parte de hinca de los pilotes en el que figurará, al menos:
• Su posición.• Número de identificación.• Maza empleada.• Horas de comienzo y terminación de la hinca.• Sombrerete empleado.• Cualquier incidente ocurrido durante la hinca.
En el caso de pilotes compuestos por varias secciones, que se vayan empalmando a medida que se hinquen, se considerará que la resistencia del pilote no es superior a la de la junta.
Los pilotes se izarán suspendidos de forma que la carga sea estable y segura; se tendrá en cuenta el viento existente cuando se realicen estas operaciones, que se suspenderán cuando el viento alcance una velocidad superior a los 50 km/h.
Diariamente se revisará el estado de los dispositivos de manejo e hinca de los pilotes antes de comenzar los trabajos, las tareas de guía del pilotaje serán realizadas mediante elementos auxiliares que permitan el alejamiento de trabajadores del mismo en el momento de la hinca.
La tarea de descabezado de los pilotes se realizará de forma que no se produzcan proyecciones de trozos o partículas de hormigón sobre personas próximas, los trabajadores encargados del picado irán provistos de gafas, casco, mandil y botas de seguridad.
Después de la hinca, se demolerán las cabezas de los pilotes de hormigón armado, hasta dejarlas al nivel especificado y en una longitud suficiente para sanear todo el hormigón que pueda haber quedado resentido por el golpeo de la maza, estimándose esa longitud, cuando menos en medio metro. Dicha demolición se hará con cuidado para evitar daño al hormigón restante.
Pilotes de Acero y sus Características.
Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o perfiles H laminados. Los pilotes de tubo se hincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados. Las vigas de acero de patín ancho y de sección 1 también se usan. Sin embargo, se prefieren los perfiles H porque los espesores de sus almas y patines son iguales. En las vigas de patín ancho y de sección 1, los espesores del alma son menores que los espesores de los patines. La tabla D.1 da las dimensiones de algunos pilotes de acero de sección H estándar usados en Estados Unidos. La tabla D.2 muestra secciones de tubo usadas con frecuencia como pilotes. En muchos casos, los tubos se llenan con concreto después de ser hincados.
La capacidad admisible estructural para pilotes de acero es
Con base en consideraciones geotécnicas (una vez determinada la carga de diseño para un pilote), es siempre aconsejable calcular si está dentro del rango admisible definido por la ecuación (9.1).
Cuando es necesario, los pilotes de acero se empalman por medio de soldadura, remaches o tornillos. La figura 9.2a muestra una condición típica de empalme por soldadura en un pilote H. En la figura 9.2b se muestra un típico caso de empalme por soldadura de un pilote tubo y en la figura 9.2c se muestra el empalme por remaches o tornillos de un pilote H.
Cuando se esperan condiciones difíciles de hincado, como a través de grava densa, lutitas y roca blanda, los pilotes de acero se usan adaptados con puntas o zapatas de hincado. Las figuras 9.2d y 9.2e muestran dos tipos de zapatas usadas en pilotes de tubo.
Los pilotes de acero llegan a estar sometidos a corrosión, como en suelos pantanosos, las turbas y otros suelos orgánicos. Los suelos con un pH mayor que 7 no son muy corrosivos. Para compensar el efecto de la corrosión se recomienda considerar un espesor de acero (sobre el área de la sección transversal real de diseño). En muchas circunstancias, los recubrimientos epóxicos, aplicados en la fábrica, sobre los pilotes funcionan satisfactoriamente. Esos recubrimientos no son dañados fácilmente por el hincado del pilote. El recubrimiento con concreto también los protege contra la corrosión en la mayoría de las zonas corrosivas.
Figura 9.2 Pilotres de acero: (a) empalme de pilotes H con soldadura;(b) emplame de pilotes de tubo con soldadura;
(c) empalme de pilotes H con remaches y tornillos;(d) punta planta de hincado de pilote de tubo;(e) punta cónica de hincado de pilote de tubo.
TABLA D.1a Secciones H comunes en Estados Unidos ( unindades inglesas )
TABLA D.1b Secciones H comunes en Estados Unidos
TABLA D.2 Algunas secciones de tubo para pilotes (unidades inglesas)
TABLA D.2b Algunas secciones de tubo para pilotes (unidades IC)
FÓRMULAS PARA EL HINCADO DE PILOTES.
Para desarrollar la capacidad de carga deseada, un pilote de punta debe penetrar suficientemente el estrato denso de suelo o tener contacto suficiente con un estrato de roca. Este requisito no es siempre satisfecho hincando un pilote a una profundidad predeterminada debido a la variación de los perfiles del suelo, por lo que se han desarrollado varias ecuaciones para calcular la capacidad última de un pilote durante la operación. Las ecuaciones dinámicas son ampliamente usadas en el campo para determinar si el pilote ha alcanzado un valor satisfactorio de carga a la profundidad predeterminada. Una de las primeras de esas ecuaciones dinámicas, comúnmente llamada lafórinula del Engineering News Record (ENR), se deriva de la teoría del trabajo y la energía. Es decir,
Energía impartida por el martillo por golpe = (resistencia del pilote) (penetración por golpe de martillo)
De acuerdo con la fórmula ENR, la resistencia del pilote es la carga última Q, expresada como
La penetración, S, del pilote se basa usualmente en el valor promedio obtenido de los últimos golpes del martillo. En la forma original de la ecuación se recomendaron los siguientes valores de C.
Para martillos de caída libre: C =1 puig (si las unidades de S y h están en pulgadas) Para martillos de vapor: C = 0.1 puig (si las unidades de S y h están en pulgadas)
Se recomendó también un factor de seguridad, FS, = 6, para estimar la capacidad admisible del pilote. Note que para martillos de acción simple y doble, el término WRh es reemplazado por EHE (donde E = eficiencia del martillo y HE = energía nominal del martillo). Entonces
La fórmula ENE ha sido revisada a lo largo de los años y también se han sugerido otras fórmulas de hincado de pilotes. Algunas están tabuladas en la tabla 9.11.
El esfuerzo máximo desarrollado en un pilote durant.e la operación de hincado se estima con las fórmulas presentadas en la tabla 9.11. Como ilustración, usamos la fórmula ENR modificada:
En esta ecuación, S es igual a la penetración promedio por golpe de martillo, que también se expresa como
TABLA 9.11 Fórmulas para el hincado de pilotes
Diferentes valores de N se suponen para un martillo y pilote dados y luego pueden calcularse Qu. El esfuerzo de hincado entonces se calcula para cada valor de N y Qu/Ap. Este procedimiento se muestra con un conjunto de valores numéricos. Suponga que un pilote de concreto presforzado de 80 pies de longitud tiene que ser hincado por un martillo 11B3 (MKT). Los lados del pilote miden 10 pulgadas. De la tabla D.3a (apéndice D) para este pilote
ahora puede prepararse la siguiente tabla
Tanto el número de golpes de martilo por pulgada como el esfuerzo ahora se grafican como muestra la figura 9.47. Si una tal curva se prepara, se determinará fácilmente el número de golpes por pulgada de penetración del pijote correspondiente al esfuerzo admisible de hincado del mismo.
Los esfuerzos reales de hincado en pilotes de madera están limitados aproximadamente a O.7fu. Similarmente, para los de concreto y de acero, los esfuerzos de hincado están limitados a aproximadamente O.6f’c y O.85fy, respectivamente.
En la mayoría de los casos, los pilotes de madera se hincan con una energía del martillo de menos de 45 klb-pies ( 60 kN.m). Las resistencias de hincado están limitadas principalmente a 4-5 golpes por pulgada de penetración del pilote. Para los de concretoy de acero, los valores usuales de N son 6 —8 y 12—14, respectivamente.
FIGURA 9.7
TABLA D.3 Pilotes de concreto presforzado típicos.
CARGA POR PUNTA DE PILOTES SOBRE ROCA.
En algunas ocasiones los pilotes se hincan hasta un estrato subyacente de roca. En tales casos, el ingeniero debe evaluar la capacidad de carga de la roca. La resistencia unitaria última de punta en roca (Goodman, 1980) es aproximadamente
La resistencia a compresión no confinada de la roca se determina por medio de pruebas en laboratorio sobre especímenes de roca obtenidos durante investigaciones de campo. Sin embargo, debe procederse con extremo cuidado al obtener el valor apropiado de qu porque los especímenes de laboratorio son usualmente pequeños en diámetro. Conforme el diámetro del espécimen crece, la resistencia a compresión no confinada decrece, lo que se denomina efecto de escala. Para especímenes mayores que 3 pies (1 m) de diámetro, el valor de qu permanece aproximadamente constante. Parece haber una reducción de cuatro a cinco veces la magnitud de qu en este proceso. El efecto de escala en rocas es principalmente causado por fracturas pequeñas y grandes distribuidas
aleatoriamente y también por rupturas progresivas a lo largo de planos de deslizamiento. Por consiguiente, siempre recomendamos que
La tabla 9.3 da valores (de laboratorio) representativos de resistencia a compresión no confinada de rocas. Valores representativos del ángulo, ø de fricción de rocas se dan en la tabla 9.4.
Un factor de seguridad de por lo menos 3 debe usarse para determinar la capacidad de carga admisible de punta en pilotes. Entonces
TABLA 9.3 Resistencia típica a compresión no confinada de rocas.
TABLA 9.4 Valores típicos del ángulo de fricción ø de rocas.
PILOTES CARGADOS LATERALMENTE.
Un pilote vertical resiste cargas laterales movilizando la presión pasiva en el suelo que lo rodea (figura 9.1c). El grado de distribución de la reacción del suelo depende de (a) la rigidez del pilote, (b)
la rigidez del suelo y (c) la restricción en los extremos del pilote. En general, los pilotes cargados lateralmente se clasifican en dos tipos principales: (1) pilotes cortos o rígidos y (2) pilotes largos o elásticos. Las figuras 9.37a y 9.37b muestran la variación de la deflexión del pilote y la distribución del momento y fuerza cortante a lo largo de la longitud del pilote sometido a carga lateral. Se da a continuación un resumen de las soluciones disponibles actualmente para pilotes cargados lateralmente.
FIGURA 9.37 Variación de la deflexión, momento y fuerza cortante en pilotes (a) rígidos y (b) elásticos.
Resistencia por Extracción de Pilotes.
La resistencia última de pilotes sometidos a tal fuerza no recibieron mucha atención por parte de los investigadores sino hasta hace pocos años. La resistencia última total de un pilote sometido a una fuerza de levantamiento (figura 9.35) es
FIGURA 9.35 Capacidad de levantamiento de pilotes.
Pilotes en arcilla.La capacidad neta última por levantamiento de pilotes hincados en arcillas saturadas fue estudiado por Das y Seely. De acuero con ese estudio,
Pilotes en arena Cuando los pilotes están hincados en suelos granulares (c = O), la capacidad neta última por levantamiento (Das y Seely, 1975) es
La fricción unitaria superflcial, fu, durante el levantamiento varía usualmente como muestra la figura 9.36a y crece linealmente hasta una profundidad z = Lcr más allá de este valor permanece constante. Para z <= Lcr,
La variación del coeficiente de levantamiento con el ángulo Ф de fricción del suelo se da en la figura 9.36b. Con base en la experiencia del autor, los valores de Lcr. y δ parecen depender de la compacidad relativa del suelo. La figura 9.36c muestra la naturaleza aproximada de esas variaciones con la compacidad relativa del suelo. Para calcular la capacidad neta última de levantamiento de pilotes, se sugiere el siguiente procedimiento:
FIGURA 9.6 (a) Varicación de ful (b) coeficiente de levantamiento Kui (c) variación de δ/ф y (L/D)cr con la compacidad relativa de la arena
Para suelos secos, la ecuación (9.79) se simplifica a
Determine los valores de Ku y de la figura 9.36b y 9.36c
Para estimar la capacidad admisible neta de levantamiento, se recomienda usar un factor de seguridad de entre 2 y 3. Entonces
donde Tu(adm) = capacidad admisible de levantamiento.
Asentamiento de Pilotes.
El asentamiento de un pilote bajo una carga de trabajo vertical, Qw, es causado por tres factores:
Si el material del pilote se supone elástico, la deformación del fuste se evalúa usando los principios fundamentales de la mécanica de materiales:
La magnitud de E dependerá de la distribución de la resistencia por fricción (superficial) unitaria a lo largo del fuste. Si la distribución de f es uniforme o parabólica, como muestran las figuras 9.34a y 9.34 b, E = 0.5. Sin embargo, para una distribución triangular de f (figura 9.34c), la magnitud de E es aproximadamente de 0.67.
FIGURA 9.34 Varios tipos de distribución de la resistencia por fricción (superficial) unitaria a lo largo del fuste del pilote.
El asentamiento de un pilote causado por la carga en la punta se expresa en forma similar a la de cimentaciones superficiales. [Ec. (4.33)]
Vesic también propuso un método semiempírico para obtener la magnitud del asentamiento, s2:
Valores representativos de Cp para varios suelos se dan en la tabla 9.7.
El asentamiento de un pilote causado por la carga llevada por el fuste se da por una relación similar a la Ec. (9.63), o
Tabla 9.7 Valores típicos de Cp [Ec. (9.64)]
Note que el término Wws/pL en la ecuación (9.65) es el valor promedio de f a lo largo del fuste del pilote. El factor de influencia, Iws tiene una relación empírica simple.
Vesic también propuso una relación empírica simple similar a la ecuación (9.64) para obtener s3:
Los valores de Cp por usarse en la ecuacion )9.67) seobtinen en la tabla 9.7.
Sharma y Joshi usaron las ecuciones (9.61),(9.62) ,(9.64) y (9.67) para estimar el asentamiento de dos tipos de piltes de concreto en arena, como se mostro en la figura 9.31 y la compararon con los valores observados en campo. Para esos cálculos, usaron E=0.5 y 0.67 Cp =0.02 y Cs=0.02. La tabla 9.8 muestra la comparación de los valores s. Note el buen acuerdo entre los valores estimados y obserbados del asentamiento.
TABLA 9.8 Comparación de valores observados y estimados del asentamiento de dos pilotes de concreto ( figura 9.31)
PILOTES - COMPARACIÓN DE LA TEORÍA CON LOS RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE CARGA EN CAMPO.
Detalles de muchos estudios de campo relativos a la estimación de la capacidad de carga última de varios tipos de pilotes se encuentran disponibles en la literatura técnica. En algunos casos, los resultados concuerdan en general con las predicciones teóricas y en otros varían considerablemente. Las diferencias entre la teoría y los resultados de pruebas de campo se atribuyen a factores tales corno una interpretación impropia de las propiedades del subsuelo, hipótesis incorrectas, adquisición errónea de resultados de pruebas de campo y otras más.
Vimos en el anteriormente que, para propiedades similares del suelo, la carga última de punta (Qp) varía más del 400% dependiendo de qué teoría y qué ecuación se usa. También, del cálculo de la parte a del ejemplo 9.1, se ve que, en la mayoría de los casos, para pilotes largos hincados en arena la resistencia limite de punta (qt) [ecuaciones (9.15) o (9.16)] gobierna a la resistencia unitaria de punta (qp). Meyerhof (1976) proporcionó los resultados de varias pruebas de carga en campo sobre pilotes largos (L/D >= 10), de los cuales los valores derivados de qp se calculan y grafican en la figura 9.28. También se muestra en esta figura la váriación de qt calculada con la ecuación (9.16).).
Puede verse que, para un ánguloФ de fricción dado, la magnitud de qp difiere considerablemente de ¡a dacia por la teoría.
Briaud y otros (1989) reportaron los resultados de 28 pruebas de carga axial sobre pilotes H hincados por impacto y pilotes de tubo en arena, efectuadas por el U.S. Army Engineering District (St. Louis) durante la construcción del New Lock and Dam No. 26 sobre el río Mississippi. Variaciones típicas de los números de penetración estándar (no corregidos) en campo con la profundidad se muestran en la figura 9.29.
Los resultados de las pruebas de carga sobre cuatro pilotes H obtenidos en este programa se dan en la figura 9.30. Detalles de los pilotes H y los resultados de las prue bas de carga para esos cuatro pilotes se resumen en la tabla 9.5. Briaud y otros (1989) hicieron un análisis estadístico sobre la relación de la carga última teórica respecto a la carga última medida. Los resultados se resumen en la tabla 9.6 para el caso taponado (figura 9.11c). Note que una predicción perfecta tendría una media = 1.0, una desviación estándar = O y un coeficiente de variación = O. La tabla 9.6 ilustra que ningún método dio una predicción perfecta; en general, Qp fue sobreestimada y Qs fue subestimada, lo que muestra de nuevo la incertidumbre en la predicción de las capacidades de carga de los pilotes.
FIGURA 9.28 Resistencia última de punta de pilotes hincados en arena
FIGURA 9.29 Resultados de la prueba de pentración estándar
FIGURA 9.30 Resultados de prueba de carga en pilotes H en arena
TABLA 9.5 Resultados de pruebas de carga en pilotes
Sharma y Joshi (1988) reportaron los resultados de pruebas de carga en campo sobre dos pilotes de concreto colados in situ en un depósito de suelo granular en Alberta, Canadá. La longitud de esos pilotes (TP-1 y TP-2) fue aproximadamente de 12.3 m. La figura 9.31 muestra las condiciones generales del suelo, las dimensiones de los pilotes y las curvas carga-asentamiento. El mecanismo
de transferencia de carga para los dos pilotes de prueba se muestra en la figura 9.32. La fricción superficial promedio, fprom, se calculé como
Las variaciones de fprom con la carga, Q, para los dos pilotes está graficada en la figura 9.33. Note que para el pilote de prueba TP-1, el valor máximo de fprom es de aproximadamente 85 kN/m2 bajo una carga de cerca de 4000 kN. En la figuraa 9.31a, corresponde a un desplazamiento relativo de aproximadamente 7 mm entre el suelo y el pilote. El resultado confirma que la resistencia por fricción entre el pilote y el fuste está totalmente movilizada en cerca de 5-10 mm de movimiento de la cabeza del pilote.
TABLA 9.6 Resumen de análisis estadísticos de Briaud y otros de pilotes H; caso taponado
FIGURA 9.31 Condición general del suelo, dimensiones del pilote y curas carga-asentamiento
FIGURA 9.32 Mecanismo de transferencia de carga para dos pilotes de prueba
FIGURA 9.33 Variación de fprom con la carga Q
Para el pilote de prueba TP-1 la longitud del fuste ( sin incluir la campana) es aproximadamente de 11m. Por tanto, los siguientes cálculos se efectúan para determinar fprom.
El valor de fprom es proximadamente de 85 KN/m^2, por lo que de la Ec (9.60),
Esta magnitud es algo mayor que la dada por las ecuaciones (9.38) y (9.40).
Las lecciones de los casos de estudio anteriores y otros disponibles en la literatura técnica muestran que la experiencia y un buen juicio práctico son requeridos junto con un conocimiento de los avances teóricos relativos al diseño seguro de cimentaciones con pilotes.
PRUEBAS DE CARGA EN PILOTES.
En la mayoría de los grandes proyectos, un número específico de pruebas de carga debe llevarse a cabo sobre pilotes. La razón principal es la falta de confiabilidad en los métodos de predicción. La capacidad de carga vertical y lateral de un pilote deben probarse en el campo. La figura 9.24a muestra un diagrama esquemático del arreglo de un ensaye de carga en pilotes para probar la compresión axial en el campo. La carga se aplica al pilote por medio de un gato hidráulico. Cargas por etapas se aplican al pilote y se permite que pase suficiente tiempo después de cada aplicación de manera que ocurra una pequeña cantidad de asentamiento. El asentamiento de los pilotes se mide por medio de deformímetros. La cantidad de carga por aplicar en cada etapa variará, dependiendo de los reglamentos locales de construcción. La mayoría de los reglamentos requieren que cada etapa de carga sea aproximadamente igual a un cuarto de la carga de trabajo propuesta. La prueba debe efectuarse por lo menos a una carga total de dos veces la carga de trabajo propuesta. Después de alcanzarse la carga deseada en el pilote, éste es descargado gradualmente.
La figura 9.24b muestra un diagrama carga-asentamiento obtenido de una carga y descarga de campo.
Para cualquier carga, Q, el asentamiento neto del pilote se calcula como sigue: Cuando Q = Q1
Esos valores de Q se indican en una gráfica contra el asentamiento neto correspondiente sneto, como muestra la figura 9.24c. La carga última del pilote se determina con esta gráfica. El asentamiento del pilote crece con la carga hasta cierto punto, más allá del cual la curva carga-asentamiento se vuelve vertical. La carga correspondiente al punto en que la curva Q versus sneto se vuelve vertical es la carga última, Q, del pilote; ésta se muestra por la curva 1 en la figura 9.24c. En muchos casos, la última etapa de la curva carga-asentamiento es casi lineal, mostrando un grado amplio de asentamiento para un pequeño incremento de carga; como se muestra por la curva 2 en la figura 9.24c. La carga última, para tal caso se
determina del punto de la curva Q versu sneto donde empieza esta porción lineal empinada.
El procedimiento de prueba de carga antes descrito requiere la aplicación de cargas por etapas sobre los pilotes así como la medición del asentamiento y se llama ensayo de carga controlada. Otra técnica usada para una prueba de carga en pilotes es la de tasa de penetración a velocidad constante. En ésta, la carga sobre el pilote es continuamente incrementada para mantener una velocidad constante de penetración, que varía de 0.01 a 0.1 puIg/mm (0.25 a 2.5 mm/mm). Esta prueba da una gráfica carga-asentamiento similar a la obtenida con la de carga controlada. Otro tipo de prueba es la carga cíclica, en la que una carga incremental es repetidamente aplicada y retirada.
Las pruebas de carga sobre pilotes empotrados en arena se conducen inmediatamente después que se hincan los pilotes. Sin embargo, cuando están empotrados en arcilla, debe tenerse cuidado al decidir el lapso de tiempo entre el hincado y el principio de la prueba de carga. Cuando los pilotes se hincan en arcilla blanda, una cierta zona alrededor de la arcilla se remoldea y/o se comprime, como muestra la figura 9.25, lo que conduce a una reducción de la resistencia cortante, c no drenada (figura 9.26). Con el tiempo, la pérdida de la resistencia cortante no drenada es parcial o totalmente recuperada. Este lapso varía de entre 30 a 60 días. La figura 9.27 muestra la magnitud de la variación de Qs con el tiempo para un pilote hincado en arcilla blanda basada en los resultados reportados por Terzaghi y Peck (1967). Es notorio en esta figura que Qs se incrementa aproximadamente 300% en un lapso de tiempo de cerca de 25 días.
FIGURA 9.24 (a) Diagrama esquemático del arreglo de una prueba de carga de un pilote;(b) gráfica de carga contra asentamiento total; (c) gráfica de carga contra asentamiento neto
FIGURA 9.25 Zona remoldeada y/o compactada alrededor de un pilote hincado en arcilla blanda.
FIGURA 9.26 Variación de la resistencia cortante (cu) no drenada con el tiempo alrededor de un pilote hincado en arcilla blanda.
FIGURA 9.27 Variación de Qs con el tiempo para un pilote hincado en arcilla blanda
PILOTES - MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CARGA.
El mecanismo de transferencia de carga de un pilote al suelo es complicado. Para entenderlo, considere uno de longitud L, como muestra la figura 9.8a. La carga sobre el pilote es gradualmente incrementada de cero a Q(z =0) en la superficie del terreno. Parte de esta carga será resistida por la fricción lateral, Q1, desarrollada a lo largo del fuste y parte por el suelo debajo de la punta del pilote, Q2. ¿Cómo están relacionadas Q1 y Q2 con la carga total? Si se efectúan mediciones para obtener la carga Q tomada por el fuste del pilote a cualquier profundidad z, la naturaleza de la variación será como lo muestra la curva 1 de la figura 9.8b. La resistencia por fricción por área unitaria, f(z), a cualquier profundidad se determina como
La figura 9.8c muestra la variación de f(z) con la profundidad.
Si la carga Q en la superficie del terreno es gradualmente incrementada, la resistencia máxima por fricción a lo largo del fuste del pilote será totalmente movilizada cuando el desplazamiento relativo entre el suelo y el pilote sea aproximadamente de 0.2-0.3 pulgs (5-10 mm), independientemente del tamaño y de su longitud L. Sin embargo, la resistencia máxima de punta Q2 = Qp no será movilizada hasta que la punta del pilote se haya movido de 10 a 25% del ancho (o diámetro) del pilote. El limite inferior se aplica a pilotes hincados y el límite superior a pilotes perforados o preexcavados. Bajo carga última (figura 9.8d y curva 2 en la figura 9.8b), Q(z =0) = Qu. Entonces
La explicación anterior indica que Qs, (o friccióñ unitaria superficialf a lo largo del fuste del pilote) se desarrolla bajo un desplazamiento mucho menor comparado con el de la resistencia de punta Qp, que se ve en los resultados de pruebas de carga en pilotes en suelo granular reportados por Vesic (1970) y mostrados en la figura 9.9. Note que esos resultados son para pilotes de tubo en arena densa.
Bajo carga última, la superficie de falla en el suelo en la punta del pilote (falla por capacidad de carga causada por Qp) es parecida a la mostrada en la figura 9.8e. Note que las cimentaciones con pilotes son cimentaciones profundas y que el suelo falla principalmente por punzonamiento, como se ilustró previamente en las figuras 3.lc y 3.3. Es decit se desarrolla una zona triangular, I, en la punta del pilote, que es empujada hacia abajo sin producir ninguna otra superficie visible de deslizamiento. En suelos de arenas densas y suelos arcillosos firmes se desarrolla parcialmente una zona cortante radial, II. Por consiguiente, las curvas de carga desplazamiento de pilotes se parecerán a las mostradas en la figura 3.lc.
La figura 9.10 muestra las curvas de transferencia de carga en campo reportadas por Woo y Juang (1995) sobre un pilote de concreto perforado (pilote preexcavado) en Taiwán, que tenía 41.7 m de longitud.
FIGURA 9.8 Mecanismo de transferencia de carga en pilotes
FIGURA 9.9 Magnitud relativa de la carga de punta transferida en varias etapas de la carga de un pilote
FIGURA 9.10 Curvas de transferencia de carga para un pilote obtenidas por Woo y Juang.Las condiciones del subsuelo donde fue colocado el pilote eran las siguientes:
INSTALACIÓN DE PILOTES.
La mayoría de los pilotes son hincados en el terreno por medio de martillos o hincado- res vibratorios. En circunstancias especiales, los pilotes también se insertan por chorro de agua a gran presión o barrenado parcial. Los tipos de martillos usados para el hincado de pilotes son (a) martillo de caída libre, (b) martillo de aire o vapor de acción simple, (c) martillo de aire o vapor de acción doble y diferencial y (d) martillo diesel.
En el hincado, un capuchón o cabezal se conecta a la parte superior del pilote. Un cojinete es usado entre el pilote y el capuchón, con la finalidad de reducir la fuerza de impacto y repartirla sobre un tiempo más largo; sin embargo, su uso es opcional. Un cojinete se coloca sobre el capuchón del pilote. El martillo cae sobre el cojinete.
La figura 9.7 ilustra varios martillos. Un martillo de caída libre (figura 9.7a) se levanta por medio de un malacate y se deja caer desde una cierta altura H, siendo el de martillo el tipo más viejo para hincar pilotes, con su principal desventaja la pequeña frecuencia de sus golpes. El principio del martillo de aire de acción simple o martillo de vapor se muestra en la figura 9.7b. En este caso, la parte percusiva o martinete, se eleva por la presión del aire o vapor y luego se deja caer por gravedad. La figura 9.7c muestra la operación del martillo de aire o vapor de acción doble y diferencial. Para éstos se usa aire o vapor para elevar el martinete y también para empujarlo hacia abajo, incrementando la velocidad del impacto. El martillo diesel (figura 9.7d) consiste esencialmente de un martinete, un yunque y un sistema de inyección de combustible. Durante la operación, el martinete se eleva primero y se inyecta combustible cerca del yunque. Luego se suelta el martinete; al caer la mezcla de aire y combustible se comprime y genera su ignición. Esta acción empuja al pilote hacia abajo y levanta al martinete. Los martillos diesel trabajan bien bajo condiciones difíciles de hincado. En suelos blandos, el movimiento hacia abajo del pilote es bastante grande y el movimiento hacia arriba del martinete es pequeño. Este diferencial no es suficiente para encender el sistema aire-combustible, por lo que el martinete tiene que ser elevado manualmente.
FIGURA 9.7 Equipo de hincado de pilotes (a) martillo de caida libre; (b) martillo de aire ovapor de acción simple; (c) martillo de aire o vapor de acción doble y diferencial;
(d) martillo diesel; (e) clavador vibratorio de pilotes
Las tablas D.4 y D.5 muestran algunos de los martillos diesel, de acción simple, de acción doble y diferenciales, comercialmente disponibles.
Los principios de op radón de un hincador vibratorio se muestran en la figura 9.7e. Esta máquina consiste esencialmente de dos pesos contragiratorios. Las componentes horizontales de la fuerza centrífuga generada como resultado de las masas giratorias se cancelan mutuamente. Así, se produce una fuerza vertical dinámica senoidal sobre el pilote que ayuda a hincar a éste.
El procedimiento de perforación por chorro de agua a gran presión se usa a veces en el hincado cuando el pilote tiene que penetrar un estrato delgado de suelo duro (como arena y grava) que se encuentra sobre un estrato de suelo más blando. En este procedimiento, el agua se descarga en la punta del pilote por medio de un tubo de 2-3 pulgs (50-75 mm) de diámetro para lavar y aflojar la arena y la grava.
Los pilotes hincados con cierta inclinación respecto a la vertical, típicamente 14° a 20º, se denominan pilotes inclinados, y son usados en grupos cuando se requiere una gran capacidad por carga lateral. Los pilotes se hincan por barrenado parcial para lo cual se usan barrenas neumáticas (capítulo 2) para preexcavar los agujeros en parte de su profundidad. Los pilotes se insertan entonces en los agujeros y se hincan a la profundidad deseada.
Con base en la naturaleza de su colocación, los pilotes se dividen en dos categorías: con desplazamiento y sin desplazamiento. Los pilotes hincados son del tipo con clesplazamiento porque mueven parte del suelo lateralmente; por consiguiente se tiene na tendencia a la densificación del suelo que los rodea. Los pilotes de concreto y los de tubo de extremos cerrados son de alto desplazamiento. Sin embargo, los pilotes H despla.zan menos suelo lateralmente durante el hincado por lo que son de bajo desplazamiento. En contraste, los perforados son pilotes sin desplazamiento porque su colocación ocasiona un cambio pequeño en el estado de esfuerzos del suelo.
TABLA D.4 Lista parcial de martillos típicos de aire y vapor
TABLA D.5 Lista parcial de martillos diesel típicos.
Pilotes de Compactación - Estimación de la longitud.
Bajo ciertas circunstancias, los pilotes se hincan en suelos granulares para lograr una compactación apropiada del suelo cercano a la superficie del terreno, y se denominan pilotes de compactación. Su longitud depende de factores como(a) la compacidad relativa del suelo antes de la compactación,(b) la compacidad relativa deseada del suelo después de lacompactación y(c) la profundidad requerida de compactación. Son generalmente cortos; sin embargo, algunas pruebas de campo son necesarias para determinar una longitud razonable.
Pilotes de fricción - Estimación de la longitud.
Cuando no se tiene una capa de roca o material duro a una profundidad razonable, los pilotes de carga de punta resultan muy largos y antieconómicos. Para este tipo de condición en el subsuelo, los pilotes se hincan en el material más blando a profundidades específicas (figura 9.6c). La carga última de esos pilotes se expresa por la ecuación (9.4). Sin embargo, si el valor de Q es relativamente pequeño,
Éstos se denominan pilotes de fricción porque la mayor parte de la resistencia se deriva de la fricción superficial. Sin embargo, el término pilote de fricción no es muy apropiado, aunque se usa con frecuencia en la literatura técnica; en suelos arcillosos, la resistencia a la carga aplicada es también generada por adhesión.
La longitud de estos pilotes depende de la resistencia cortante del suelo, de la carga aplicada y del tamaño del pilote. Para determinar las longitudes necesarias, un ingeniero requiere de un buen entendimiento de la interacción suelo-pilote, de buen juicio y de experiencia. Los procedimientos teóricos para el cálculo de la capacidad de carga de pilotes se presentan después.
Figura 9.6c Pilotes de Fricción.
Pilotes de Carga de Punta - Estimación de la longitud.
Si los registros de perforación establecen la presencia de lechos de roca o de material rocoso a una profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca (figura 9.6a). En este caso, la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente; entonces son llamados pilotes de carga de punta. En la mayoría de esos casos, la longitud necesaria del pilote debe ser establecida lo más preciso.
Si en vez de un lecho rocoso se encuentra un estrato de suelo bastante compacto y duro a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro (figura 9.6b). Los pilotes con pedestales se construyen sobre el lecho del estrato duro, y la carga última del pilote se expresa como
FIGURA 9.6 (a) y (b) pilotes de punta; (c) pilotes de fricción.
En este caso, la longitud requerida de pilotes se estima con mucha precisión si se dispone de los registros de exploración del subsuelo.
ESTIMACIÓN DE LA LONGITUD DEL PILOTE.
Seleccionar el tipo de pilote por usar y estimar su longitud necesaria son tareas bastante difíciles que requieren buen juicio, los pilotes se dividen en tres categorías principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo:
(a) de carga de punta, Si los registros de perforación establecen la presencia de lechos de roca o de material rocoso a una profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca (figura 9.6a). En este caso, la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente; entonces son llamado....
(b) de fricción Cuando no se tiene una capa de roca o material duro a una profundidad razonable, los
pilotes de carga de punta resultan muy largos y antieconómicos. Para este tipo de condición en el subsuelo, los pilotes se hincan en el material más blando a profundidades
(c) de compactación. Bajo ciertas circunstancias, los pilotes se hincan en suelos granulares para lograr una compactación apropiada del suelo cercano a la superficie del terreno, y se denominan pilotes de
Comparación de los Tipos de Pilotes.
Varios factores afectan la selección de pilotes para una estructura particular en un sitio específico. La tabla 9.2 da una breve comparación de las ventajas y desventajas de los varios tipos de pilotes con base en el material de que están hechos.
TABLA 9.2 Comparación de pilotes hechos de diferentes materiales
Pilotes compuestos y sus Características.
Las porciones superior e inferior de los pilotes compuestos están hechos de diferentes materiales, por ejemplo, se fabrican de acero y concreto o de madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto consisten en una porción inferior de acero y en una porción superior de concreto colado en el lugar. Este tipo es el usado cuando la longitud del pilote requerido para un apoyo adecuado excede la capacidad de los pilotes simples de concreto colados en el lugar. Los de madera y concreto consisten en una porción inferior de pilote de madera debajo del nivel permanente del agua y en una porción superior de concreto. En cualquier caso, la formación de juntas apropiadas entre dos materiales diferentes es difícil y por eso, los pilotes compuestos no son muy usados.
Pilotes de Madera y sus Características.
Los de madera son troncos de árboles cuyas ramas y corteza fueron cuidadosamente recortadas. La longitud máxima de la mayoría de los pilotes de madera es de entre 30 y 65 pies (10-20 m). Para calificar como pilote, la madera debe ser recta, sana y sin defectos. El Manual of Practice, No. 17 (1959) de la American Society of Civil Engineers, los divide en tres clases:
1. Pilotes clase A que soportan cargas pesadas. El diámetro mínimo del fuste debe ser de 14 pulgs (356 mm).
2. Pilotes clase B que se usan para tomar cargas medias. El diámetro mínimo del fuste debe ser de entre 12 y 13 pulgs (305-330 mm).
3. Pilotes clase C que se usan en trabajos provisionales de construcción. Estos se usan permanentemente para estructuras cuando todo el pilote está debajo del nivel freático. El diámetro mínimo del fuste debe ser de 12 pulgs (305 mm).
En todo caso, la punta del pilote no debe tener un diámetro menor que 6 pulgs (150 mm). Los pilotes de madera no resisten altos esfuerzos al hincarse; por lo tanto, su capacidad se limita a aproximadamente 25-30 toneladas (220-270 kN). Se deben usar zapatas de acero para evitar daños en la punta del pilote (en el fondo). La parte superior de los pilotes de madera también podrían dañarse al ser hincados, para evitarlo se usa una banda metálica o un capuchón o cabezal. Debe evitarse el empalme de los pilotes de madera, particularmente cuando se espera que tomen cargas de tensión o laterales.
Sin embargo, si el empalme es necesario, éste se hace usando manguitos de tubo (figura 9.5a) o soleras metálicas con tornillos (figura 9.5b). La longitud del manguito de tubo debe ser por lo menos de cinco veces el diámetro del pilote. Los extremos a tope deben cortarse a escuadra de modo que se tenga un contacto pleno entre las partes. Las porciones empalmadas deben recortarse cuidadosamente para que queden estrechamente ajustadas dentro de los manguitos o camisas de tubo. En el caso de soleras metálicas con tornillos, los extremos a tope deben también recortarse a escuadra y los lados de las porciones empalmadas deben ser recortadas planas para el buen asiento de las soleras.
FIGURA 9.5 Empalme de pilotes de madera: (a) uso de manguitos tubulares; (b) uso de soleras metálicas y tornillos
Los pilotes de madera permanecerán indefinidamente sin daño si están rodeados por suelo saturado. Sin embargo, en un ambiente marino, están sometidos al ataque de varios organismos y pueden ser dañados considerablemente en pocos meses. Cuando se localizan arriba del nivel freático, los pilotes son atacados por insectos. Su vida se incrementará tratándolos con preservadores como la creosota.
La capacidad admisible de carga de los pilotes de madera es
Los siguientes esfuerzos admisibles son para pilotes de madera redonda tratada a presión hechos con abeto Pacific Coast Douglas y pino Southern usados en estructuras hidraulicas (ASCE, 1993).
Pilotes de Concreto y sus Características.
Los pilotes de concreto se dividen en dos categorías: (a) pilotes prefabricados y (b) colados in situ. Los prefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octagonales en su sección transversal (figura 9.3). El refuerzo se proporciona para que el pilote resista el momento flexionante desarrollado durante su manipulación y transporte, la carga vertical y el momento flexionante causado por carga lateral. Los pilotes son fabricados a las longitudes deseadas y curados antes de transportarlos a los sitios de trabajo.
FIGURA 9.3 Pilotes prefabricados con refuerzo ordinario
Los pilotes prefabricados también son presforzados usando cables de presfuerzo de acero de alta resistencia.
La resistencia última de esos cables es de aproximadamente 260 ksi ( = 1800 MN/m2).
Durante el colado de los pilotes, los cables se pretensan entre 130-190 ksi (= 900 - 1300 MN/m2) y se vierte concreto alrededor de ellos. Después del curado, los cables se recortan produciéndose así una fuerza de compresión en la sección del pilote. La tabla D.3 da información adicional sobre pilotes de concreto presforzado con secciones transversales cuadradas y octagonales.
Los pilotes colados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y llenándolo con concreto. Varios tipos de pilotes de concreto colados in situ se usan actualmente en la construcción y la mayor parte fueron patentados por sus fabricantes. Esos pilotes se dividen en dos amplias categorías: (a) ademados y (b) no ademados. Ambos tipos tienen un pedestal en el fondo.
Los pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. Cuando el pilote alcanza la profundidad apropiada, se retira el mandril y el tubo se llena con concreto. Las figuras 9.4a, 9.4b, 9.4c y 9.4d muestran algunos ejemplos de pilotes ademados sin pedestal.
La tabla 9.1 da información adicional sobre los pilotes ademados. La figura 9.4e muestra un pilote ademado con un pedestal, consistente en un bulbo de concreto expandido que se forma dejando caer un martillo sobre el concreto fresco.
Las figuras 9.4f y 9.4g son dos tipos de pilote sin ademe, uno con pedestal y el otro sin él. Los pilotes no ademados se hacen hincando primero el tubo a la profundidad deseada y llenándolos con concreto fresco. El tubo se retira gradualmente.
Las cargas admisibles para pilotes de concreto colados in situ se dan por las siguientes ecuaciones.
FIGURA 9.4 Pilotes de concreto colados in situ
TABLA 9.1 Descripciones de los pilotes colados en el lugar mostrados en la figura 9.4.
TABLA D.3a Pilotes de concreto presforzado típicos.(unidades inglesas)
TABLA D.3b Pilotes de concreto presforzado típicos (unidades IC)
TIPOS DE PILOTES Y SUS CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES.
En los trabajos de construcción se usan diferentes tipos de pilotes, dependiendo del tipo de carga por soportarse, de las condiciones del subsuelo y de la local ización del nivel freático. Los pilotes se dividen en las siguientes categorías:
(a) de acero, Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o perfiles H laminados. Los pilotes de tubo se hincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados....(b) de concreto, Los pilotes de concreto se dividen en dos categorías: (a) pilotes prefabricados y (b) colados in situ. Los prefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octagonales en su sección transversal....(c) de madera Los de madera son troncos de árboles cuyas ramas y corteza fueron cuidadosamente recortadas. La longitud máxima de la mayoría de los pilotes de madera es de entre 30 y 65 pies (10-20 m). Para calificar como pilote, la madera debe ser recta, sana y sin defectos....(d) pilotes compuestos. Las porciones superior e inferior de los pilotes compuestos están hechos de diferentes materiales, por ejemplo, se fabrican de acero y concreto o de madera y concreto....
COMENTARIOS GENERALES Y CAPACIDAD ADMISIBLE DE UN PILOTE.
Un ingeniero tiene que tener en mente los siguientes hechos:
1. Al calcular el área de lá sección transversal,Ap, y el perímetro,p, de pilotes con perfiles tales como los pilotes H y los pilotes de tubo de extremo abierto, el efecto del tapón de suelo debe ser considerado. De acuerdo con la figura 9.11b y 9.11c, para pilotes de tubo
2. Las relaciones de carga de punta última dadas en las ecuaciones (9.11), (9.20) y (9.30) son las cargas de punta última total; es decir, incluyen el peso del pilote. Por tanto, la carga de punta neta última es aproximadamente
Después que se determinó la capacidad de carga última de un pilote sumando la capacidad de punta y la resistencia por fricción (o superficial), debe usarse un factor de seguridad razonable para obtener la carga total admisible para cada pilote, o
El factor de seguridad generalmente usado varía entre 2.5 y 4, dependiendo de las incertidumbres del cálculo de la carga última.
CIMENTACIONES CON PILOTES - INTRODUCCIÓN.
Los pilotes son miembros estructurales hechos de acero, concreto y/o madera y son usados para construir cimentaciones, cuando son profundas y cuestan más que las cimentaciones superficiales. A pesar del costo, el uso de pilotes es a menudo necesario para garantizar la seguridad estructural. La siguiente lista identifica algunas de las condiciones que requieren cimentaciones de pilotes.
1. Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la superestructura se usan pilotes para transmitir la carga al lecho rocoso o a una capa dura, como muestra la figura 9.la. Cuando no se encuentra un lecho rocoso a una profundidad razonable debajo de la superficie del terreno los pilotes se usan para transmitir la carga estructural gradualmente al suelo. La resistencia a la carga estructural aplicada se deriva principalmente de la resistencia a fricción desarrollada en la interfaz suelo-pilote (figura 9.1b).
2. Cuando están sometidas a fuerzas horizontales (véase la figura 9.1c), las cimentaciones con pilotes resisten por flexión mientras soportan aún la carga vertical transmitida por la superestructura. Este tipo de situación se encuentra generalmente en el diseño y construcción de estructuras de retención de tierra y en la cimentación de estructuras altas que están sometidas a fuerzas grandes de viento y/o sísmicas.
3. En muchos casos, suelos expansivos y colapsables están presentes en el sitio de una estructura propuesta y se extienden a gran profundidad por debajo de la superficie del terreno. Los suelos expansivos se hinchan y se contraen conforme el contenido de agua crece y decrece y su presión de expansión es considerable. Si se usan cimentaciones superficiales en tales circunstancias, la estructura sufrirá daños considerables. Sin embargo, las cimentaciones con pilotes se consideran como una alternativa cuando éstos se extienden más allá de la zona activa de expansión y contracción (figura 9.1d).
Los suelos como los constituidos por loess son de naturaleza colapsable. Cuando el contenido de agua de esos suelos aumenta, su estructura se rompe.
FIGURA 9.1 Condiciones para el uso de cimentaciones con pilotes
Una disminución repentina de la relación de vacíos induce grandes asentamientos de las estructuras soportadas por cimentaciones superficiales. En tales casos, las cimentaciones con pilotes se usan con éxito si éstos se extienden hasta las capas de suelo estables más allá de la zona de cambio posible de contenido de agua.
4. Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisión, plataformas fuera
de la costa y losas de sótanos debajo del nivel freático, están sometidas a fuerzas de levantamiento. Algunas veces se usan pilotes para esas cimentaciones y así resistir la fuerza de levantamiento (figura 9.1e).
5. Los estribos y pilas de puentes son usualmente construidos sobre cimentaciones de pilotes para evitar la posible pérdida de capacidad de carga que una cimentación superficial sufrirá por erosión del suelo en la superficie del terreno (figura 9.1f).
Aunque numerosas investigaciones, tanto teóricas como experimentales, se efectuaron para predecir el comportamiento y la capacidad de carga de pilotes en suelos granulares y cohesivos, los mecanismos no han sido aún totalmente entendidos y tal vez nunca lo sean. El diseño de las cimentaciones con pilotes es considerado un “arte” en vista de las incertidumbres implícitas al trabajar con las condiciones del subsuelo.
COLOCACIÓN DE LOS PILOTES.
Los pilotes de concreto se dividen en dos categorías: (a) pilotes prefabricados y (b) colados in situ. Los prefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octagonales en su sección transversal (figura 9.3). El refuerzo se proporciona para que el pilote resista el momento flexionante desarrollado durante su manipulación y transporte, la carga vertical y el momento flexionante causado por carga lateral. Los pilotes son fabricados a las longitudes deseadas y curados antes de transportarlos a los sitios de trabajo.
FIGURA 9.3 Pilotes prefabricados con refuerzo ordinario
Los pilotes prefabricados también son presforzados usando cables de presfuerzo de acero de alta resistencia.
La resistencia última de esos cables es de aproximadamente 260 ksi ( = 1800 MN/m2). Durante el colado de los pilotes, los cables se pretensan entre 130-190 ksi (= 900 - 1300 MN/m2) y se vierte concreto alrededor de ellos. Después del curado, los cables se recortan produciéndose así una fuerza de compresión en la sección del pilote. La tabla D.3 da información adicional sobre pilotes de concreto presforzado con secciones transversales cuadradas y octagonales.
Los pilotes colados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y llenándolo con concreto. Varios tipos de pilotes de concreto colados in situ se usan actualmente en la construcción y la mayor parte fueron patentados por sus fabricantes. Esos pilotes se dividen en dos amplias categorías: (a) ademados y (b) no ademados. Ambos tipos tienen un pedestal en el fondo.
Los pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. Cuando el pilote alcanza la profundidad apropiada, se retira el mandril y el tubo se llena con concreto. Las figuras 9.4a, 9.4b, 9.4c y 9.4d muestran algunos ejemplos de pilotes ademados sin pedestal.
La tabla 9.1 da información adicional sobre los pilotes ademados. La figura 9.4e muestra un pilote ademado con un pedestal, consistente en un bulbo de concreto expandido que se forma dejando caer un martillo sobre el concreto fresco.
Las figuras 9.4f y 9.4g son dos tipos de pilote sin ademe, uno con pedestal y el otro sin él. Los pilotes no ademados se hacen hincando primero el tubo a la profundidad deseada y llenándolos con concreto fresco. El tubo se retira gradualmente.
Las cargas admisibles para pilotes de concreto colados in situ se dan por las siguientes ecuaciones.
FIGURA 9.4 Pilotes de concreto colados in situ
TABLA 9.1 Descripciones de los pilotes colados en el lugar mostrados en la figura 9.4.
TABLA D.3a Pilotes de concreto presforzado típicos.(unidades inglesas)
TABLA D.3b Pilotes de concreto presforzado típicos (unidades IC)
COLOCACIÓN DE LOS PILOTES.
-Introduciéndolos bajo carga estática con un gato.-Hincándolos por medio de golpes con un martillo.-Perforando un hoyo y vaciando concreto o insertando el pilote y luego hincándolo.
Pilotes hincados bajo carga estática de un gato:
-Este método de hincado se emplea donde no se permiten vibraciones o en las pruebas de carga para verificar la capacidad del pilote.-Requiere de un apoyo o marco de reacción.
Pilotes hincados por medio de golpes:-Este método introduce el pilote con golpes de una maza (martillo), aplicados en la parte superior o cabeza del pilote.-Martillo de caída libre, simple efecto, doble efecto, diferencial, diesel, vibratorio.-Características importantes del equipo: energía adecuada y capacidad de guía.
Pilotes perforados:-En este método se perfora un hoyo, se introduce el emparrillado de acero y se vacía el concreto.-También existen los que se perfora el hoyo y se inserta el pilote prefabricado, para posteriormente hincarlo.
-Exploración y profundidad de desplante.-Calidad de los materiales.-Energía adecuada de hincado.-Desplazamiento (máx. 5.0 cm)-Inclinación (máx. 1 a 2 % de l)
-Colocación del acero de refuerzo:desmoronamientos y limpieza del agujero.
fondo seco o con menos de 4” de agua.brindar el recubrimiento mínimo.
-Colocación del hormigón:vaciado continúouso de tremie (por agua y altura de caída).
-Descabece: La demolición de la parte superior de las pilas y pilotes, para integrarlos –generalmente mediante un cabezal- al resto de la estructura o de la cimentación. Para ello, se ha utilizado comúnmente equipo neumático (pistolas de aire comprimido).
Proceso constructivo de cimentaciones profundas: Pilotes.
Los pilotes son elementos estructurales más esbeltos que las pilas, los cuales pueden alcanzar grandes profundidades.
Son construidos de diferentes formas, tamaños y materiales (madera, concreto y acero).
Se clasifican dependiendo de su forma de trabajo en:
a) Pilotes de Puntab) Pilotes de Fricción
Diseño: Método flexible aproximado - Losa de cimentación.
En el método rígido convencional de diseño, la losa se supone infinitamente rígida. Además, la presión del suelo se distribuye en línea recta y el centroide de la presión del suelo coincide con la línea de acción de las cargas resultantes de las columnas (véase la figura 5.9). En el método flexible aproximado de diseño, el suelo se supone equivalente a un número infinito de resortes elásticos, como muestra la figura 5.9b, denominada a veces como la cimentación Winkler. La constante elástica de esos resortes supuestos se denomina el coeficiente k de reacción del subsuelo.
Para entender los conceptos fundamentales del diseño de cimentaciones flexibles, considere una viga de ancho B y longitud infinita, como muestra la figura 5.9c. La viga está sometida a una sola carga concentrada Q. De los fundamentos de la mecánica de materialés,
FIGURA 5.9 (a) Principios del diseño por el método rígido convencional; (b) principios del método flexible aproximado;
(c) obtención de la ecuacion (5.42) para vigas sobre cimentación elástica.
La dimensión del término β como se definió en la ecuación anterior es (longitud)^-1. Este parámetro es muy importante en la determinación si una losa de cimentación debe ser diseñada por el método rígido convencional o por el método flexible aproximado. De acuerdo con el Comité 336 (1988) del American Concrete Institute, las losas deben diseñarse por el método rígido convencional si el espaciamiento de las columnas en una franja es menor que 1.75/β. Si es mayor que 1.75/β, deberá usarse el método flexible aproximado. Para efectuar el análisis para el diseño estructural de una losa flexible, deben conocerse los principios de la evaluación del coeficiente, k, de reacción del subsuelo. Antes de proceder con el estudio del método flexible de diseño, veamos este coeficiente con más detalle.
Si una cimentación de ancho B (figura 5.10) está sometida a una carga por área unitaria de q, ésta sufrirá un asentamiento, Δ El coeficiente de módulo, k, del subsuelo se define como
FIGURA 5.10 Definición del coeficiente k de la reacción del subsuelo.
Las unidades de k son kN/m3 (o lb/pulg3). El valor del coeficiente de reacción del subsuelo no es una constante para un suelo dado. Éste depende de varios factores, como la longitud, L, y el ancho, B, de ¡a cimentación y también de la profundidad del empotramiento de ésta. Terzaghi (1955) hizo un amplio estudio de los parámetros que influyen en el coeficiente de reacción del subsuelo. Determinó que el valor del coeficiente disminuye con el ancho de la cimentación. En el campo deben llevarse a cabo pruebas de carga por medio de placas cuadradas de 1 pie X 1 pie (0.3 m X 0.3 m) para calcular el valor de k. El valor de k se relaciona con cimentaciones grandes que midan B X B de la siguiente manera.
Cimentaciones sobre suelos arenosos:
Cimentaciones sobre Arcillas:
La ecuación (5.49) indica que el valor de k para una cimentación muy larga con ancho B es aproximadamente O.67k(BxB).
El módulo de elasticidad de los suelos granulares crece con la profundidad. Como el asentamiento de una cimentación depende del módulo de elasticidad, el valor de k crece conforme aumenta la profundidad de la cimentación.
La tabla siguiente da algunos rangos típicos del valor para el coeficiente de reacción k1 del subsuelo para suelos arenosos y arcillosos.
El coeficiente de reacción del subsuelo es también un parámetro muy útil en el diseño de pavimentos rígidos de carreteras o aeropistas. El pavimento con una superficie de desgaste
de concreto se llama generalmente pavimento rígido y con una superficie de desgaste asfáltica se llama pavimento flexible. Para una carga de superficie que actúa sobre un pavimento rígido, el esfuerzo de tensión máximo ocurre en la base de la losa. Para estimar la magnitud del esfuerzo de tensión horizontal máximo desarrollado en la base del pavimento rígido, son sumamente útiles las soluciones elásticas para losas sobre cimentaciones Winkler. Parte de este trabajo inicial fue hecho por Westergaard (1926, 1939, 1947).
Ahora que hemos analizado el coeficiente de reacción del subsuelo, procederemos con el análisis del método flexible aproximado de diseño de losas de cimentación. Este método, tal como es propuesto por el Comité 336 (1988) del American Concrete mstitute, será descrito paso a paso. El procedimiento de diseño se basa principalmente en la teoría de placas. Su uso permite que los efectos (es decir, momento, fuerza cortante y deflexión) de una carga concentrada de columna sean evaluados. Si las zonas de influencia de dos o más columnas se cruzan, se usa la superposición para obtener el momento, fuerza cortante y deflexión netos en cualquier punto.
1. Suponga un espesor, h, para la losa de acuerdo con el paso 6 como se hizo en el método rígido convencional. (Nota: Ji es el espesor total de la losa.)
2. Determine la rigidez por flexión R de la losa:
3. Determine el radio de la rigidez efectiva.
4. Determine el momento (en coordenadas polares en un punto) causado por una carga de columna (figura 5.11a).
FIGURA 5.11 Método flexible aproximado para el diseño de losas.
Diseño rígido convencial de una losa de cimentación.
El método rígido convencional para el diseño de losas de cimentación se explica paso a paso con referencia a la figura 5.8.
1. La figura 5.8a muestra la losa de L X B y las cargas de columnas Q1, Q2, Q3,. . . Calcular la carga total de columnas según
FIGURA 5.8 Diseño rígido convencial de una losa de cimentación.
2. Determinar la presión q sobre el suelo, debajo de los puntos A, B, C, D, ... de la losa, usando la ecuación
3. Comparar los valores de las presiones del suelo determinadas en el paso 2 con la presión neta admisible del suelo para determinar si q <= qadm(neta)
4. Dividir la losa en varias franjas en las direcciones x y y (véase la figura 5.8a). Haga el ancho de cualquier franja igual a B1.
5. Dibujar los diagramas de fuerza cortante, V y momento flexionante, M, para cada franja individual (en las direcciones x y y). Por ejemplo, la presión promedio del suelo en la franja del fondo en la dirección x de la figura 58a es
La reacción total del suelo es igual a qpromB1B. Ahora se obtiene la carga total en la columna sobre la franja igual a Q1 + Q2 + Q3 + Q4. La suma de las cargas de columná sobre la franja no será igual a qpBiB porque la fuerza cortante entre las franjas adyacentes no se ha tomado en cuenta. Por esta razón, la reacción del suelo y las cargas de columna necesitan ser ajustadas,
Las cargas de columna modificadas son entonces FQ1, FQ2, FC)3 y FQ4. Esta carga
modificada sobre la franja se muestra en la figura 5.8b. Ahora se dibujan los diagramas de fuerza cortante y momento flexionante para esta franja. Este procedimiento se repite para todas las franjas en las direcciones x y y.
6. Determinar la profundidad efectiva d de la losa revisando el cortante por tensión diagonal cerca de varias columnas. De acuerdo con el Código 318-95 del ACI (Sección 11.12.2.lc, American Concrete Institute, 1995), para la sección crítica,
7. De los diagramas de momento de todas las franjas en una dirección (x o y), obtenga los momentos máximos positivo y negativo por ancho unitario (es decir, M’= M/B1).
FIGURA 5.8
8. Determinar las áreas de acro por ancho unitario para refuerzo positivo y negativo en las direcciones x y y.
Los ejemplos 5.5 y 5.6 ilustran el uso del método rígido convencional para el disefio de losas de cimentación.
DISEÑO ESTRUCTURAL DE LAS LOSAS PARA CIMENTACIONES.
El diseño estructural de las losas de cimentación se efectúa por dos métodos convencionales: el método rígido convencional y el método flexible aproximado.
Los métodos de diferencias finitas y de elemento finito también se usan, pero esta sección sólo cubre los conceptos básicos de los dos primeros métodos de diseño.
1. Método rígido convencional.2. Método flexible aproximado.
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Pilotes Impulsados
Los pilotes impulsados son elementos estructurales para la transferencia de cargas a través de estratos de suelo débiles a un estrato adecuado de soporte de suelo o roca. Estos son cimientos adecuados para todos los tipos de estructuras basadas en tierra o basadas en el mar. Su elección sobre otros métodos de cimientos profundos se relaciona con factores económicos y específicos del sitio.
Tipos de Pilotes Impulsados y Sus Capacidades
Los pilotes desarrollan su capacidad a través de una condición de fricción lateral (corteza) y el soporte final. Los pilotes impulsados a un estrato muy duro como roca desarrollarán su capacidad principalmente por el soporte final, mientras que los pilotes impulsados en suelo desarrollarán su capacidad tanto de la fricción lateral como del soporte final. Los pilotes han sido impulsados a capacidades superiores a las 1,000 toneladas (E. U. A.) en la industria del petróleo en ultramar. Sin embargo, la mayoría de los proyectos sólo requieren pilotes con cargas de diseño de menos de 100 toneladas.
Acero (más de 25 toneladas) Concreto (hasta 100 toneladas) Madera (hasta 25 toneladas)
Los Pilotes de Láminas son un tipo especial de pilote usado para formar muros in situ para retención de tierra y soporte de excavación. Los pilotes de láminas de acero son usados comúnmente en la actualidad, mientras que los pilotes de láminas de madera y concreto sólo pueden ser usados en condiciones muy limitadas.
Aplicaciones de Pilotes Impulsados
Cimientos profundos (la más común) Soporte de excavaciones (pilotes de láminas y del área limitada) Puertos y muelles
Parámetros Importantes de los Pilotes Impulsados
Valores de fricción y soporte final Estrés permisible para el material del pilote Capacidad de impulsión del martillo, amortiguador, bloque de cubierta, y sistema de pilotes del pilote.
Pasos de Diseño de los Pilotes Impulsados
1. Investigación geotécnica del sitio 2. Determinar la carga que será soportada 3. Diseñar la conexión del pilote a la estructura 4. Diseñar la transferencia de carga del pilote al suelo o roca 5. Desarrollar un programa de ensayo de pilotes 6. Determinar la resistencia de impulsión por medio del Análisis de Ecuación de Ondas
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Métodos de Instalación de Pilotes Impulsados
Los pilotes usualmente son impulsados en el suelo usando martillos de impacto. Estos martillos son impulsados por:
Aire comprimido (o vapor) Diesel Fluido hidráulico Gravedad (martillos de caída)
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Una cabeza de impulsión que contiene material de amortiguación es usada entre el martillo y el pilote para prevenir daños al martillo y al pilote. La cabeza de impulsión también mantiene al pilote centrado debajo del martillo. El martillo y el pilote son guiados por conjuntos de cables que son soportados por una grúa. Usualmente, se usan grúas de oruga de capacidad de 50 a 150 toneladas para impulsar los pilotes. También pueden usarse martillos vibratorios para impulsar los pilotes,
particularmente pilotes de bajo desplazamiento como los pilotes de láminas, pero estos no penetran suelos duros ni dan una indicación exacta del pilote.
Consideraciones de Vibración y Ruido
Las vibraciones generalmente no dañarán las estructuras en buena condición al usar martillos de impacto de tamaño pequeño a mediano.
Las vibraciones presentan un mayor riesgo para estructuras deterioradas, y pueden interferir con instrumentos electrónicos sensibles cercanos.
La vibración de estado firme producida por los martillos vibratorios es más propensa a causar daños a las estructuras y causar asentamientos del suelo flojo. La perforación previa reduce enormemente la magnitud de las vibraciones transmitidas a través del suelo a estructuras cercanas.
El ruido de la impulsión de pilotes puede ser causa de preocupación en sitios de trabajo sensibles como hospitales. Los pilotes de madera y concreto impulsados con aire o martillos hidráulicos son mucho más silenciosos que los pilotes de acero impulsados con martillos de diesel.
Seguridad de Calidad/Control de Calidad de los Pilotes Impulsados
Considerar el uso del software de Análisis de Ecuación de Ondas para modelar la interacción pilote – martillo – suelo. Este programa estima la carga máxima. Usualmente, se usa un factor de seguridad de 2 con este análisis. Este programa puede ser usado para revisar el estrés de impulsión en el pilote, y guiar la selección del martillo. Esta relación, una vez establecida para un proyecto de pilotes, ofrece una herramienta de control de calidad muy confiable.
Los pilotes seleccionados por ensayo con los requisitos de códigos locales (usualmente dos veces la carga estática de diseño) de los estándares de ASTM D 1143, D 3689, y D 3966, brindan métodos estándar de ensayos estáticos para compresión, tensión, y prueba lateral, respectivamente. Además, el pilote puede ser comprobado usando los Ensayos Dinámicos de Alta Tensión de Pilotes ASTM D 4945. Esta prueba puede ser realizada en lugar de la prueba estática, y es muy económica para comprobar un gran número de pilotes.
Determinar, a partir del Análisis de Ecuación de Ondas y los resultados del ensayo de carga, la resistencia requerida de impulsión para los pilotes de producción.
Seguridad de Calidad/Control de Calidad de los Pilotes Impulsados
Alto rendimiento Apropiados para un amplio rango de condiciones del suelo Cargas de diseño de hasta 1,000 toneladas Adecuados para estructuras basadas en tierra y basadas en el mar Usualmente el cimiento profundo más rápido
Utilización de Pilotes de Acero.
Pilotes de acero. Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llenan de concreto después de hincados, y los perfiles de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento, longitudes desusadamente grandes, o elevadas cargas de trabajo por pilote.
Los pilotes de perfiles de acero en H penetran en el terreno más fácilmente que otros tipos, en parte porque desalojan relativamente poco material. En consecuencia, se usan frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. Si el hincado es difícil, y especialmente si el material superior contiene obstrucciones o gravas gruesas, es probable que los patines se dañen y los pilotes se tuerzan o se doblen. Pueden producirse pocos defectos serios si pueden notarse los síntomas durante el hincado. Cuando las condiciones sugieran la posibilidad de estos daños, las puntas de los pilotes deben reforzarse con medidas tales como la mostrada en la fig. 12.4a. Además, como los pilotes en H sólo se dañan si los esfuerzos de hincado son excesivos, debe darse atención especial al análisis de los esfuerzos dinámicos realizados por medio de la ecuación de la onda. Utilizando estos análisis puede elegirse el martillo, el amortiguador, y el pilote, de manera que formen un sistema compatible en el que, y con la adecuada supervisión de campo, los esfuerzos de hincado puedan mantenerse menores que los que causen daño.
El diámetro de los pilotes de tubo varia usualmente de 25 a 75 cm. El espesor de las paredes rara vez es inferior a 2.5 mm, y usualmente, se hincan tubos con espesores hasta de 4.5 mm con mandril. Si el espesor de las paredes excede de 2.5 a S.2 mm, puede considerarse que el acero participa con el concreto en el soporte de las cargas estructurales. Si los pilotes se hincan con el extremo abierto, deben limpiarse antes de llenarlos de concreto. Ordinariamente, están cerrados en el extremo inferior, casi siempre con una placa, como se muestra en la fig. 12.4b. Los cierres más elaborados, como las puntas cónicas, rara vez presentan ventajas importantes. En unos cuantos suelos, como las arcillas plásticas firmes, debe quitarse la parte volada de la placa. Como los pilotes de tubo pueden revisarse después de hincados, se identifican los pilotes dañados, y, si no es posible repararlos, pueden rechazarse.
Los pilotes de acero están sujetos a la corrosión. El deterioro es usualmente insignificante, si todo el pilote está enterrado en una formación natural, pero puede ser intenso en algunos rellenos debido al oxígeno atrapado. Si los pilotes se prolongan hasta el nivel del terreno, o más arriba del mismo, las zonas inmediatas, arriba y abajo del nivel del suelo son especialmente vulnerables. Además, puede esperarse un ataque intenso entre los niveles de las mareas del agua del mar, y arriba de la alta marea ‘ donde el pilote queda sujeto al ataque de sales. Posiblemente sea necesario consultar especialistas para determinar la posibilidad de daño y para elegir métodos de defensa apropiados. Los recubrimientos epóxicos son efectivos y no se dañan con facilidad con el hincado. Asimismo, una buena protección es recubrir las zonas vulnerables con concreto.
Las especificaciones incluyen usualmente tolerancias sobre la verticalidad y lo recto de los pilotes hincados, pero como cosa práctica, la inspección para juzgar si se ha cumplido con ellas, sólo es posible si los pilotes son huecos. Por lo tanto, los pilotes de tubo y los de acero hincados con mandril pueden inspeccionarse, pero los pilotes de madera, los de sección en H, y la mayor parte de los pilotes de concreto precolados no pueden. No existen evidencias de que una desviación de la verticalidad de 5 o 10 por ciento de la longitud del pilote sea dañina, ni de que una considerable curvatura libre de dobleces bruscos sea perjudicial, aun en suelo blando, si la punta del pilote queda dentro de los límites establecidos para la verticalidad. Como muchos pilotes que no pueden inspeccionarse, indudablemente se han desviado mucho de su posición teórica y sin embargo se han aceptado, es irrazonable imponer penas por restricciones demasiado severas para los pilotes que es posible examinar.
Figura 12.4 a) Refuerzo para la punta de pilote H b) Placa para cerrar la punta de un pilote de tubo.
http://www.ingenierocivilinfo.com/2012/12/utilizacion-de-pilotes-de-acero.html
Tubo de acero SSAW para hincado de pilotes
Eltubo de acero SSAW para hincado de pilotes de XinYuanTai se hace de acuerdo con las normas de SY/T5040-92. Tiene
capacidad para aguantar alta presión, buen funcionamiento de la soldadura y está aprobado para ser completamente
calificados a través de una serie de pruebas. El tubo de acero SSAW se utiliza regularmente en la hinca de pilotes y la
construcción de vigas de puentes, muelles, carreteras y edificios, y más.
1. Tubo de acero SSAW para hincado de pilotes
Especificaciones
Diámetro externo.: 219~2220mm
Espesor de pared: 6~25.4mm
Material: Q235/Q345
Normativa: SY/T5040-92
2. Tubos de acero espiral para uso en construcción
Especificaciones
Diámetro externo.: 219~2220mm
Espesor de pared: 6~25.4mm
Material: Q235/Q345
Normativa: SY/T5040-92
Como un fabricante profesional de tubo de acero SSAW para hincado de pilotes, XINYUANTAI se ha dedicado a la
fabricación de tubería de acero de alta calidad. A través de una variedad de examen y experimentación científica rigurosa,
nuestro tubo en espiral se ha demostrado que tiene capacidad para aguantar alta presión y un rendimiento fiable. Para
satisfacer las diferentes necesidades de clientes también proveemos de tubos de acero sin soldadura. Si usted está
interesado en ellos, por favor ponte en contacto con nosotros
http://www.xytpipe.es/1-4-ssaw-steel-pipe.html
Pilotes Hincados
Los Pilotes Hincados Pertenecen al grupo de pilotes de desplazamiento.La hinca es el procedimiento mediante el cual se introducen estos pilotes en el suelo.
Los materiales de los pilotes hincados son variados, siendo los más usuales: Madera, Acero y Hormigón.
Pilotes de Acero
Los Pilotes de acero, generalmente son tubos o perfiles H. Se hincan generalmente con sus extremos abiertos o cerrados. También se emplean perfiles doble T (IPN, IPE, etc) aunque
se prefieren las secciones H por que los espesores de sus almas y alas suelen ser iguales.
Cuando es necesario los pilotes de acero se empalman por medio de soldadura, remaches o tornillos.
Pilotes de Hormigón
Pueden ser armados o pretensados.Ambos suelen tener sección cuadrada. Sus dimensiones oscilan entre 15x15cm a 60x60cm.
Las armaduras de estos pilotes se diseñan para resistir el momento que se genera al manipularlo (levantarlo, transportarlo, etc.). Además, debe resistir la carga vertical, la de hinca y el momento flector lateral una vez hincado.
Pilotes de Madera
Los Pilotes de Madera son troncos de árboles cuyas ramas y corteza se han retirado cuidadosamente. Su longitud máxima suele estar entre 10 y 20m. Evidentemente, la madera debe ser sana y sin defectos; además debe ser recta. No es recomendable empalmarlos.
Los pilotes de madera pueden durar indefinidamente si están rodeados de suelo saturado en toda su longitud. Si tienen partes exentas de agua, especialmente de mar, suelen sufrir grandes daños por el ataque de varios organismos
http://www.lancuyen.cl/web/index.php?option=com_content&view=article&id=55&Itemid=68
